Elettronica analogica

32 Pages·2009·1.35 MB·Italian

L’Elettronica si occupa dei dispositivi e dei circuiti sia per l’elaborazione e
trasmissione dei segnali sia per controllare potenza sotto forma elettrica.
I segnali rappresentano informazione, e per poter essere elaborati
elettronicamente devono essere sotto forma di seggnali elettrici,, in ggenere derivati
da trasduttori che traducono le grandezze fisiche da trattare in equivalenti
tensioni o correnti che variano nel tempo.
La variazione nel tempo è fondamentale: qualsiasi informazione per essere
trasmessa richiede una variazione: ad es. se una lampadina fosse sempre accesa,
senza variazione di luminosità, dall’origine dei tempi, e non potesse mai essere
sppenta,, non pporterebbe nessuna informazione;; solo se ppuò essere accesa o sppenta
o avere una variazione di luminosità può fornire informazione.
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La dinamica del segnale indica l’escursione massima del segnale, e quindi anche i valori
massimi e minimi che esso può raggiungere. È un parametro importante in quanto i
circuiti che dovranno elaborarlo possono operare correttamente solo in un certo campo di
valori del segnale di ingresso, detto dinamica di ingresso, e quindi occorre verificare che
llaa ddiinnaammiiccaa ddeell sseeggnnaallee ddaa eellaabboorraarree ssiiaa ccoonntteennuuttaa nneellllaa ddiinnaammiiccaa ddii iinnggrreessssoo
dell’apparato che lo deve elaborare.
La stessa considerazione deve essere fatta per la “banda di frequenza”. Ciascun segnale
può essere rappresentato come somma di infinite sinusoidi con ampiezze e fasi
opportune: se il segnale è periodico le sinusoidi sono tutte armoniche della frequenza
definita dalla periodicità del segnale. Poiché lo spettro delle frequenze che compongono
un segnale ha ampiezza che si riduce alle frequenze più elevate (e talvolta anche a quelle
più basse), ai fini pratici si possono trascurare i contributi a frequenze superiori (e talvolta
inferiori) ad una frequenza detta limite superiore (o inferiore) della banda. Lo spettro
delle frequenze viene dunque nominalmente troncato in corrispondenza dei limiti di
banda, i cui valori dipendono dall’uso che si vuole fare del segnale stesso.
Volendo elaborare un segnale occorre che il circuito o l’apparato utilizzato abbia la
capacità di operare correttamente su tutta la banda del segnale, cioè occorre che la
ccoossiiddddeettttaa “bbaannddaa ppaassssaannttee” ddeell cciirrccuuiittoo ccoonntteennggaa llaa bbaannddaa aassssoocciiaattaa aall sseeggnnaallee ddaa
elaborare.
I segnali che portano le informazioni possono essere di tipo analogico, cioè continui sia
nel dominio del tempo che in quello delle intensità, oppure codificati in forma digitale.
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La conversione comporta sempre un po’ di perdita nella qualità
dell’informazione, ed inoltre il doppio passaggio richiede hardware ad hoc.
Non ostante ciò spesso si preferisce un’elaborazione digitale per i seguenti
motivi:
- Mentre l’inevitabile presenza di rumore deteriora comunque sempre un segnale
analogico, un segnale digitale non è per nulla deteriorato dal rumore, a meno che
questo assuma intensità tale da far scambiare i due livelli logici.
- Per l’elaborazione si può utilizzare spesso un hardware standard, specificando la
funzione in termini di software, quindi avendo altissimi volumi di produzione per
ll’hhaarrddwwaarree ccoonn ccoonnsseegguueennttee aabbbbaattttiimmeennttoo ddeeii ccoossttii.
- È possibile cambiare le funzioni svolte riprogrammando il sistema, cosa
inattuabile nel caso di elaborazione analogica, dove la funzione è specificata in
termini di connessioni.
- In un sistema complesso è possibile ottimizzare sia i costi che i tempi di
elaborazione con una ripartizione ottimale tra elaborazione via software e via
hardware.
- Le informazioni sotto forma digitale sono piu’ facilmente memorizzabili e
accessibili per recuperarle dalla memoria.
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Un generico apparato elettronico riceve informazione sotto forma di segnali
elettrici dall’esterno, li elabora, e, in funzione dei risultati dell’eleborazione,
fornisce informazioni e comandi all’esterno. Ha quindi una interfaccia d’ingresso
atta a ricevere ed interpretare i segnali d’ingresso, una sezione che effettua le
ellabboraziionii, siia sotto fforma anallogiica siia ddiigiitalle, e un’iinterffacciia dd’usciita
adatta a fornire i segnali da inviare all’esterno.
Per poter funzionare, e per poter fornire energia all’esterno, occorre disporre di
una fonte di energia elettrica che possa alimentare l’apparato: questa puo’ essere
la rete di distribuzione elettrica a 230V 50 Hz oppure, per gli apparati portatili,
una batteria. In ogni caso l’energia prelevata da questa fonte primaria deve essere
resa usufruibile dai diversi circuiti dell’apparato, cioe’deve essere convertita in
valori precisi di tensione continua che sono quelli richiesti per il funzionamento
delle diverse sezioni. Questo condizionamento delle tensioni di alimentazione dei
diversi circuiti viene fatto da un “alimentatore stabilizzato” il quale converte la
fonte primaria di energia in tanti rivoli di tensioni continue, di valore preciso,
quanti sono quelli necessari per l’intera apparecchiatura.
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L’informazione può essere codificata in modo analogico oppure digitale.
Ogni segnale da trasmettere, opportunamente codificato, occupa una certa banda
di frequenza, e quindi richiede che durante il tragitto di trasmissione questa banda
vengga ppreservata.
Dei supporti fisici si parla in una prossima figura, ma comunque è richiesto che
su un singolo supporto fisico venga fatta transitare la maggior quantità di
informazione possibile nell’unità di tempo, anche avendo la trasmissione
contemporanea di più segnali tra loro indipendenti ( più conversazioni
telefoniche sullo stesso cavo, più canali televisi, ecc)
LLaa nneecceessssiittàà ddii ccoonnvvoogglliiaarree ssuulllloo sstteessssoo ssuuppppoorrttoo ppiiùù sseeggnnaallii ttrraa lloorroo iinnddiippeennddeennttii
richiede modalità di impaccamento che permettano di non creare diafonia tra loro
e poi una facile separazione delle informazioni all’arrivo.
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Ogni informazione da trasmettere richiede una certa banda di frequenze per
preservare la qualità del segnale (banda base).
Per poter sfruttare la banda di frequenze che ogni supporto fisico può gestire, e
qquindi pper ppoter trasmettere ppiù informazioni che occuppano la stessa banda base
su un unico supporto fisico, occorre utilizzare più frequenze “portanti”, una per
ciascun canale fisico da trasmettere, che vengono “modulate”dalle singole
informazioni. Ad es. sono ben note le modulazioni analogiche di ampiezza (AM)
e di frequenza (FM), utilizzate nella trasmissione radio analogica.
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Le informazioni che si vogliono trasmettere occupano in genere una banda di
frequenze bassa (detta “banda base”), mentre per trasmettere a distanza conviene
avere frequenze elevate. La modulazione consiste nel variare alcuni parametri di
un’onda sinusoidale a frequenza elevata (detta portante) in funzione del segnale a
bbassa ffrequenza chhe sii vuolle trasmettere ((modulante)), iin moddo chhe iin riiceziione
un’operazione inversa di demodulazione permetta di ricostruire il segnale
modulante originario.
L’operazione di modulazione viene fatta da un circuito o apparato detto
modulatore, mentre quella di demodulazione dal demodulatore o rivelatore. Un
modem e’ un apparato che contiene entrambi le funzioni.
La tecnica della modulazione permette di poter trasmettere informazioni diverse,
che occupano tutte la stessa porzione di spettro, contemporaneamente sullo stesso
supporto fisico con canali separati in frequenza (es. diverse stazioni
radiotelevisive), utilizzando portanti a frequenza diversa, ognuna identificabile
con la frequenza che la controdistingue.
LLaa mmoodduullaazziioonnee ppuuoo’ eesssseerree ffaattttaa iinn mmoolltteepplliiccii mmooddii,, mmaa ii dduuee ppiiuu’ sseemmpplliiccii ddaa
comprendere sono la modulazione d’ampiezza (AM) e la modulazione di
frequenza (FM).
Nella modulazione d’ampiezza (AM) il segnale modulato ha frequenza pari a
quella della portante ma ampiezza proporzionale al valore istantaneo della
modulante, che rappresenta l’informazione da trasmettere.
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Nella modulazione di frequenza la frequenza istantanea f(t) della portante viene
i
fatta variare in funzione dell’ampiezza m(t) istantanea del segnale modulante
secondo la relazione sopra riportata, dove KVCO e’ una costante che definisce la
profondita’ di modulazione.
La modulazione di frequenza presenta molti vantaggi rispetto a quella di
ampiezza, uno dei principali e’ la maggior insensibilita’ ai disturbi.
Esiste un terzo metodo di modulazione,la modulazione di fase (PM), nella quale
e’ la fase istantanea del segnale che e’ resa proporzionale all’ampiezza della
modulante.
IIll sseeggnnaallee mmoodduullaannttee ppuuoo’ eesssseerree ddii ttiippoo aannaallooggiiccoo oo ddiiggiittaallee. IInn qquueessttoo sseeccoonnddoo
caso il segnale modulante e’ un segnale a due soli valori (0 logico e 1 logico) e
le principali tecniche di modulazione sono la PSK (modulazione di fase Phase
Shift Keying) la FSK (modulazione di frequenza) e la ASK (di ampiezza).
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